CN110298048A - 一种考虑界面相的超临界co2-凝析气多相渗流模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑界面相的超临界CO₂‑凝析气多相渗流模拟方法，其包括以下步骤；(1)确定CO₂‑凝析气体系基础参数；(2)建立考虑界面相的超临界CO₂‑凝析气体系的渗流模型；(3)以长岩心实验为基础，建立三维长岩心数值模型，导入注入端CO₂注入量及生产端凝析油气产量数据、相渗曲线以及热力学参数，并通过实验拟合，计算获得注入CO₂的PV数与出口端生产凝析气的产量关系；(4)在长岩心模型模拟的基础上，建立储层模型，计算获得每个网格块CO₂、凝析气及界面相饱和度和压力参数，作图可视化CO₂驱替凝析气过程中“界面相”的渗流过程。本发明为评价凝析气藏CO₂驱气机理及驱替效果奠定基础。

Description

一种考虑界面相的超临界CO2-凝析气多相渗流模拟方法

技术领域

本发明涉及一种注气提高采收率模拟方法的领域。

背景技术

凝析气藏中注入CO₂渗流特征和油藏中注入CO₂完全不同，储层条件下在多孔介质中存在着气、气及超临界相多相渗流问题。早在上世纪60年代，Kniazeff和Naville等人于1965年首次运用数值模拟手段研究了凝析气井的动态变化，研究表明凝析油的析出会影响气井产能，在高产量的情况下，非达西渗流只会发生在井筒周围的一个很小区域内；Gondeouin等人于1967年做了进一步的研究，将凝析气渗流区域划分为达西和非达西两个渗流区域，并运用径向模型来模拟研究凝析气藏的实际开发动态。研究表明最大凝析油饱和度在离井筒一定的距离处，若以此处为起点，凝析油饱和度则在离井越近或越远的的区域均下降，且认为气相的高速渗流是引起近井区域凝析油饱和度下降的主要原因；Hinchman和Barree于1985年采用吸渗、驱替两套相对渗透率来研究导致凝析气井产能下降的原因，发现吸渗相对渗透率曲线能更简单、准确地描述凝析油的析出对其产能的影响；Barnum等人于1992年研究低渗透凝析气藏动态表明：当渗透率与储层厚度的乘积大于一定值时，可忽略凝析油对产能的影响，凝析油在碳酸盐岩储层和砂岩储层具有不同的影响效果。Blom和Hagoort于1998年研究凝析油气非达西渗流和相对渗透率随毛管数的变化关系对凝析气井产能的影响，结果表明这两个因素对凝析气井产能的影响需综合考虑，考虑凝析油渗流时预测的产能低于常规干气二项式预测的产能。

朱维耀等人于1992年国内首次介绍了高压条件下，凝析气系统在多孔介质中渗流的凝析气、液分布规律和渗流机理；覃斌等人于2004年首次综合考虑毛管数和非达西效应对相对渗透率的影响，建立了凝析气藏油气两相渗流方程，并与其他方法对气井产能进行了对比评价；石德佩等人于2007年利用PR状态方程建立了含醇类的烃一醇体系的气、液相平衡计算模型，并揭示了注甲醇解除凝析气井近井带反凝析污染的机理；吕栋梁等人于2007年通过实验和数值模拟相结合的研究方法，对比分析了CO₂、N₂、CH₄解除低渗透凝析气井近井带反凝析油污染的效果，结果表明CO₂的效果最佳；基于大量的国内外文献调研，汤勇等人于2007年对解除低渗凝析气井近井带污染的研究现状及进展进行了总结，并分析了反凝析油堵塞和反渗吸水锁形成的机理及其对气井产能的影响和提高产能的主要技术手段。分析认为：解除近井反凝析堵塞和反渗吸水锁的主要机理是延缓反凝析出现和加速反凝析油和地层水的蒸发，凝析气注入可反蒸发凝析油中的重烃，注甲醇可有效解除反凝析油和水锁的双重堵塞，将向近井带注入化学溶剂、注气和加热等方法结合起来，可能是解除低渗凝析气井近井堵塞研究的发展趋势；陈小凡等人于2011年利用Eclipse数模软件和大涝坝2号构造凝析气藏流体相态数据，对比研究了不同构造倾角对凝析气藏注气开采效果的影响，并探究了凝析油采收率的变化规律。认为在构造高部位多布注入井，在构造低部位多布生产井，将更有利于提高凝析气藏循环注气的总体开发效果。

但是，以上的文献均是针对CO₂注入凝析油过程中渗流特征，但目前无任何文献报道过高温条件下(温度大于120℃)CO₂与凝析气接触过程中存在界面相的多相渗流模型。而超临界CO₂-凝析气多相渗流模型存在以下问题：

1、相态实验观测出在高温条件下，一定的压力范围内，超临界CO₂与凝析气体系接触过程中，存在类似气气“界面相”的特殊现象。然而，应用常规的细管及长岩心实验难于定量定性描述CO₂驱替凝析气过程中“界面相”的渗流过程及驱气的作用。

2、常规表征超临界CO₂与凝析气渗流模型目前主要为油气两相混合渗流微分方程，模型简单，难于表征当出现复杂相行为时在多孔介质中CO₂与凝析油气的多相渗流模型。

发明内容

为了表征在高温条件下考虑“界面相”的超临界CO₂与凝析气体系流动规律，本发明的目的是在超临界CO₂-凝析气多相相平衡模型提供各相热力学参数的基础上，提出考虑界面相的超临界CO₂凝析气体系多相渗流模型模拟高温条件下超临界CO₂凝析气流动特征，为评价凝析气藏CO₂驱气机理及驱替效果奠定基础。

为达上述目的，本发明提供一种考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其包括以下步骤；

(1)确定CO₂-凝析气体系基础参数；

(2)建立考虑界面相的超临界CO₂-凝析气体系的渗流模型；

(3)以长岩心实验为基础，建立三维长岩心数值模型，导入注入端CO₂注入量及生产端凝析油气产量数据、相渗曲线以及热力学参数，并通过实验拟合，计算获得注入CO₂的PV数与出口端生产凝析气的产量关系；

(4)在长岩心模型模拟的基础上，建立储层模型，计算获得每个网格块CO₂、凝析气及界面相饱和度和压力参数，作图可视化CO₂驱替凝析气过程中“界面相”的渗流过程。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，在步骤(2)中，包括考虑气气界面的超临界CO₂-凝析气多相相平衡方程：

其中，为富气相驱替介质与界面相之间的平衡常数，为凝析气与界面相之间的平衡常数，其计算方法为：

式中V₁、V₂分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气的摩尔分数；x_iv1、x_iv2和x_ib分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气和界面相各相中的第i组分的摩尔组成；z_i代表油气体系中第i组分的总摩尔组成；分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气相和界面相各相中的第i组分的逸度，应用校正后的状态方程EOS计算。假设初始值，应用QNSS对迭代求解未知量各相摩尔百分数V₁、V₂。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，在步骤(2)中，包括动力学方程，所述动力学方程描述界面相与CO₂及凝析油气体系中凝析油组成的转化关系，二者之间的转换通过以下两个基本方程联立起来：

反应1：CO₂+凝析油→界面流体

反应速度x₁:x1＝F₁×[CO₂]+F₂×[凝析油]

反应2：界面流体→CO₂+凝析油

反应速度x₂：x2＝F₃×[凝析油]

其中：x₁、x₂为反应速度，F_i表示频率系数，[]中为摩尔分数；

计算中，将在存在界面相的温度压力条件下CO₂与凝析油气体系进行闪蒸计算，获得闪蒸计算后气相、凝析油的组成、分子量、压缩系数、临界压力及临界温度等热力学参数，并将其热力学性质根据摩尔百分数赋值给界面流体。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，在步骤(2)中，包括“界面相”拟组分相对渗透率曲线的求取，如下：

以相渗实验为基础确定相对渗透率：根据界面相中气相与凝析油相的摩尔百分比确定界面相相对渗透率；

其中，K_rgb、K_rg及K_ro分别代表界面相、气相及凝析油相相对渗透率。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，在步骤(2)中，包括超临界CO₂-凝析气多相渗流模型的建立：

烃组分方程表示为：

所述水流动方程表示为：

所述总烃方程表示为：

所述逸度方程表示为：

ln f_iv1＝ln f_ib i＝1,2,...,n_c

ln f_iv2＝ln f_ib i＝1,2,...,n_c

所述动力学方程表示为：

反应1：CO₂+凝析油→界面流体

反应速度x₁：x₁＝F₁×[CO₂]+F₂×[凝析油]

反应2：界面流体→CO₂+凝析油

反应速度x₂：x₂＝F₃×[凝析油]

动力学方程表示界面相主要为CO₂与凝析油气体系中受压力影响凝析出的凝析油组成；

所述体积约束方程表示为：

其中，T_v1、T_v2和T_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的传导率，变量m等于n或n+1，x_v1i、x_v2i和x_bi分别表示第i组分在富CO₂气相、凝析气相和界面相中的摩尔分数，Φ_v1、Φ_v2和Φ_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的压力势，V表示摩尔体积，N_i表示第i组分的摩尔数，N_v1、N_v2和N_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的摩尔数，ρ表示摩尔密度，f_iv1、f_iv2和f_ib分别表示第i组分在富CO₂气相、凝析气相和界面相中的逸度，φ表示孔隙度，n_c表示组分的总数，w表示水相，o表示油相，g表示气相，b表示界面相，t表示总烃，q表示产量，n_c表示组分的总数。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，在步骤(2)中，采用自适应隐式的方式来对于所述超临界CO₂-凝析气多相渗流模型进行求解的过程包括：

将所述超临界CO₂-凝析气多相渗流模型中的方程进行差分化，将所得到的差分方程展开为迭代余量的形式，得到余项向量；

根据所述余项向量、雅克比矩阵，确定各个组分的含量。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，所述余项向量包括：

其中，

其中，R_z表示余项向量R中第z个元素。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，根据如下表达式确定各个组分的含量：

Jδx＝-R

其中，J表示雅克比矩阵，p表示压力，N_i表示第i组分的摩尔数，N_iv表示气相中第i组分的摩尔数，N_w表示水相的摩尔数，i∈[1,n_c]，n_c表示组分的总数，R表示余项向量。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，根据富CO₂气相、凝析气相和界面相中的相对渗透率、黏度及体积系数，确定传导率。

所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其中，在步骤(1)中，所述CO₂-凝析气体系基础参数包括：原始流体及CO₂-凝析气体系混合物组成；超临界CO₂-凝析气相平衡实验观测形成超临界CO₂-凝析气的界面的压力区间；CO₂-凝析气体系闪蒸、PV关系实验，获得泡点压力、密度及含油饱和度参数。

本发明以实验为基础，针对高温条件下在凝析气相中注入超临界CO₂过程中存在气气两相界面的特殊相行为，将常规组分模型改进，加入了界面相渗流特征的描述。模型中首先通过考虑气气界面的多相热力学模型计算富CO₂气相、凝析气相、界面相的热力学参数；然后，应用动力学方程描述界面相与CO₂及凝析油气体系中凝析油组成的转化关系；通过摩尔百分数劈分的形式处理界面相的相对渗透率；最后完成整个超临界CO₂-凝析气多相渗流模型的求解。本发明提出了新的渗流数学模型模拟超临界CO₂与凝析气混合过程中的特殊流动规律，为后续CO₂驱气机理分析及数值模拟计算奠定基础。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是实施例中的超临界CO₂-凝析气相变特征示意图；

图2是实施例中的P-X气气液三相相图；

图3是实施例中的相渗曲线图；

图4是实施例中的考虑界面时与不考虑界面时CO₂驱替提高凝析气采收率对比图；

图5是实施例中的注入过程中界面相摩尔分布图；

图6是实施例中的注入过程中CO₂摩尔分布图；

图7是实施例中的注入过程中凝析气相摩尔分布图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其主要包括以下步骤；

(1)确定CO₂-凝析气体系基础参数，包括：原始流体及CO₂-凝析气体系混合物组成；超临界CO₂-凝析气相平衡实验观测形成超临界CO₂-凝析气的界面的压力区间；CO₂-凝析气体系闪蒸、PV关系实验，获得泡点压力、密度及含油饱和度等参数；

(2)建立考虑界面相的超临界CO₂-凝析气体系的渗流模型。首先通过考虑气气界面的多相热力学模型计算富CO₂气相、凝析气相、界面相的热力学参数；然后，应用动力学方程描述界面相与CO₂及凝析油气体系中凝析油组成的转化关系；通过摩尔百分数劈分的形式处理界面相的相对渗透率；最后完成整个超临界CO₂-凝析气多相渗流模型的求解。

其中，考虑气气界面的超临界CO₂-凝析气多相相平衡方程：

其中，为富气相驱替介质与界面相之间的平衡常数，为凝析气与界面相之间的平衡常数，其计算方法为：

式中V₁、V₂分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气的摩尔分数；x_iv1、x_iv2和x_ib分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气和界面相各相中的第i组分的摩尔组成；z_i代表油气体系中第i组分的总摩尔组成；分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气相和界面相各相中的第i组分的逸度，应用校正后的状态方程EOS计算。假设初始值，应用QNSS对迭代求解未知量各相摩尔百分数V₁、V₂。

优选地，所述步骤(2)中还包括动力学方程。

动力学方程描述界面相与CO₂及凝析油气体系中凝析油组成的转化关系。由于界面相主要为CO₂与凝析油气体系中受压力影响凝析出的凝析油组成。它们之间的转换可以通过两个基本方程联立起来：

反应1：CO₂+凝析油→界面流体

反应速度x₁:x1＝F₁×[CO₂]+F₂×[凝析油]

反应2：界面流体→CO₂+凝析油

反应速度x₂：x2＝F₃×[凝析油]

其中：x₁为反应速度，F_i表示频率系数，[]中为摩尔分数。

计算中，将在存在界面相的温度压力条件下CO₂与凝析油气体系进行闪蒸计算，获得闪蒸计算后气相、凝析油的组成、分子量、压缩系数、临界压力及临界温度等热力学参数。并将其热力学性质根据摩尔百分数赋值给界面流体。

优选地，所述步骤(2)中包括“界面相”拟组分相对渗透率曲线的求取，如下：

以相渗实验为基础确定相对渗透率：根据界面相中气相与凝析油相的摩尔百分比确定界面相相对渗透率。

优选地，所述步骤(2)中包括超临界CO₂-凝析气多相渗流模型的建立。

烃组分方程表示为：

所述水流动方程表示为：

所述总烃方程表示为：

所述逸度方程表示为：

ln f_iv1＝ln f_ib i＝1,2,...,n_c

ln f_iv2＝ln f_ib i＝1,2,...,n_c

所述动力学方程表示为：

反应1：CO₂+凝析油→界面流体

反应速度x₁：x₁＝F₁×[CO₂]+F₂×[凝析油]

反应2：界面流体→CO₂+凝析油

反应速度x₂：x₂＝F₃×[凝析油]

动力学方程表示界面相主要为CO₂与凝析油气体系中受压力影响凝析出的凝析油组成。

所述体积约束方程表示为：

其中，T_gs、T_gc和T_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的传导率，变量m等于n或n+1，x_v1i、x_v2i和x_bi分别表示第i组分在富CO₂气相、凝析气相和界面相中的摩尔分数，Φ_v1、Φ_v2和Φ_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的压力势，V表示摩尔体积，N_i表示第i组分的摩尔数，N_v1、N_v2和N_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的摩尔数，ρ表示摩尔密度，f_iv1、f_iv2和f_ib分别表示第i组分在富CO₂气相、凝析气相和界面相中的逸度，φ表示孔隙度，n_c表示组分的总数，w表示水相，o表示油相，g表示气相，b表示界面相，t表示总烃，q表示产量，n_c表示组分的总数。

更优选地，采用自适应隐式的方式来对于所述超临界CO₂-凝析气多相渗流模型进行求解的过程包括：

将所述超临界CO₂-凝析气多相渗流模型中的方程进行差分化，将所得到的差分方程展开为迭代余量的形式，得到余项向量；

根据所述余项向量、雅克比矩阵，确定各个组分的含量。

优选地，所述余项向量包括：

其中，

其中，R_z表示余项向量R中第z个元素。

更优选地，根据如下表达式确定各个组分的含量：

Jδx＝-R

其中，J表示雅克比矩阵，p表示压力，N_i表示第i组分的摩尔数，N_ig表示气相中第i组分的摩尔数，N_w表示水相的摩尔数，i∈[1,n_c]，n_c表示组分的总数，R表示余项向量。

此外，根据富CO₂气相、凝析气相和界面相中的相对渗透率、黏度及体积系数，确定传导率。

(3)以长岩心实验为基础，建立三维长岩心数值模型，导入注入端CO₂注入量及生产端凝析油气产量数据，相渗曲线，热力学参数等，通过实验拟合，计算获得注入CO₂的PV数与出口端生产凝析气的产量关系。对比考虑界面相及不考虑界面相渗流模型评价“界面相”对CO₂驱气的作用。

(4)在长岩心模型模拟的基础上，建立储层模型，计算获得每个网格块CO₂、凝析气及界面相饱和度和压力等参数，作图可视化CO₂驱替凝析气过程中“界面相”的渗流过程。

实施例：

将本发明应用于YK凝析气田，应用CMG软件Star模块实现以上操作。

A建立长岩心物性模型

根据长岩心实验中岩心长度、孔隙度、渗透率、饱和度等参数，建立三维模型，开展网格划分并粗化处理。

B确定流体参数

通过摄谱仪确定凝析气藏流体井流物组成，并开展CO₂-凝析气非平衡实验。

1)输入井流物组成

对Y凝析气藏Y1井的储层流体样品进行分析。储层流体样品采用地面分离器气和分离器油复配而成。根据油田提供的现场资料(生产气油比4046m³/m³；分离器油(地面油)的密度0.7517g/cm³；露点压力为37.62MPa；在实验室复配地层流体，复配后的地层流体的气油比为4046m³/m³，地面油密度为0.7769g/cm³，露点压力为37.62MPa。最后，根据实验室复配流体样品的气油比计算出复配流体样品的井流物组分(请见表1)。

表1 YK1井的井流物组分、组成数据

注：C₁₁₊密度为0.8429；C₁₁₊分子量为199.56

2)开展超临界CO₂-凝析气非平衡相行为测试实验

图1给出了本次研究所观测到的恒温恒压超临界CO₂注凝析气非平衡态相态行为的光学特征。实验过程中，温度控制在132.18℃、压力38MPa或25MPa，在恒温恒压下从PVT筒上部持续向PVT筒内加注凝析气，然后从PVT筒的顶部持续加注CO₂来观测相态变化现象。每隔5分钟拍摄一次PVT筒可视窗内超临界CO₂—天然气体系的照片，共拍摄了12个时间点的不同状态照片。38MPa下顶部注入凝析气，凝析气在露点附近，CO₂呈超临界态但超临界CO₂-凝析气界面不明显。又研究纯CO₂在132.18℃下，降压至25.17MPa呈现雾状，如图所示，且随着压力的降低雾状逐渐变浓，CO₂出现超临界相态。

3)通过气气界面的超临界CO₂-凝析气多相相平衡方程获得超临界CO₂凝析气三相相平衡热力学参数，如图2所示。

气气界面的超临界CO₂-凝析气多相相平衡方程获得超临界CO₂凝析气三相相平衡热力学参数。

其中，为富CO₂气相与界面相之间的平衡常数，为凝析气与界面相之间的平衡常数，其计算方法为：

式中V₁、V₂分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气的摩尔分数；x_iv1、x_iv2和x_ib分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气和界面相各相中的第i组分的摩尔组成；z_i代表油气体系中第i组分的总摩尔组成；分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气相和界面相各相中的第i组分的逸度，应用校正后的状态方程EOS计算。假设初始值，应用QNSS对迭代求解未知量各相摩尔百分数V₁、V₂。

从以上研究可以看出，在特定的超临界区内超临界CO₂与凝析气之间会产生重力分异。对于目标凝析气藏，在地层温度，p＝25MPa下，超临界CO₂与凝析气存在明显界面；超临界CO₂气垫可实现稳定埋存，超临界CO₂-凝析气过渡带则形成驱气的动力，是驱气的“弹簧”。可在这个压力范围内实施超临界CO₂埋存及提高天然气和凝析油采收率。

C建立岩石模型，调整相渗曲线

应用岩心实验确定油气两相相渗曲线，根据界面相中气相与凝析油相的摩尔百分比确定界面相相对渗透率。计算结果见图3。

其中，K_rgb、K_rg及K_ro分别代表界面相、气相及凝析油相相对渗透率。

D导入气田生产井产油量、注入CO₂量及压力数据

导入气田各生产井射孔位置、产油量及压力数据，注入井的注CO₂量及压力监测数据。

E油藏模型初始化

对模型录入初始压力、气水界面等参数，对模型中的压力和流体分布进行初始化，

F建立超临界CO₂-凝析气多相渗流模型。

所述烃组分方程表示为：

所述水流动方程表示为：

所述总烃方程表示为：

所述逸度方程表示为：

ln f_igs＝ln f_ib i＝1,2,...,n_c

ln f_igc＝ln f_ib i＝1,2,...,n_c

所述动力学方程表示为：

反应1：CO₂+凝析油→界面流体

反应速度x₁：x₁＝F₁×[CO₂]+F₂×[凝析油]

反应2：界面流体→CO₂+凝析油

反应速度x₂：x₂＝F₃×[凝析油]

动力学方程表示界面相主要为CO₂与凝析油气体系中受压力影响凝析出的凝析油组成。

所述体积约束方程表示为：

其中，T_gs、T_gc和T_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的传导率，变量m等于n或n+1，x_v1i、x_v2i和x_bi分别表示第i组分在富CO₂气相、凝析气相和界面相中的摩尔分数，Φ_v1、Φ_v2和Φ_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的压力势，V表示摩尔体积，N_i表示第i组分的摩尔数，N_v1、N_v2和N_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的摩尔数，ρ表示摩尔密度，f_iv1、f_iv2和f_ib分别表示第i组分在富CO₂气相、凝析气相和界面相中的逸度，φ表示孔隙度，n_c表示组分的总数，w表示水相，o表示油相，g表示气相，b表示界面相，t表示总烃，q表示产量，n_c表示组分的总数。

G模型的求解

组分模型的自适应隐式方法求解

H长岩心实验拟合及对比计算结果

以长岩心实验为基础，建立三维长岩心数值模型，导入注入端CO2注入量及生产端凝析油气产量数据，相渗曲线，热力学参数等，对长岩心实验结果进行拟合，再对比考虑界面时CO₂驱替提高凝析气采收率与不考虑界面时，考虑界面时CO₂驱替提高凝析气采收率与不考虑界面时凝析气采收率提高1.53％。计算结果见图4。

I储层模型建立

根据储层参数，建立三维地质模型，开展网格划分并粗化处理。其它模拟处理步骤同B-G

J模拟结果

如图5至图7所示，模型能显示凝析气藏注CO₂过程中富CO₂气相、凝析气相和凝析液相的分布特征，及计算不同方案产气量、气液比。通过数值模拟研究表明，当CO₂注入条件满足形成双气相特征时，驱替过程中存在较为稳定的界面，此时，CO₂驱替效率明显提高。但，后期随着界面消失，注CO₂逐渐与凝析气混合，驱替效率降低。

综上所述，本发明的有益效果是：解决了高温条件下凝析气与超临界CO₂混合过程中存在气气界面难以表征的问题，通过在超临界CO₂-凝析气多相相平衡模型提供各相热力学参数的基础上，提出了考虑界面相的超临界CO₂与凝析气体系多相渗流模型模拟高温条件下超临界CO₂凝析气流动特征，为后续CO₂驱气机理分析及数值模拟计算奠定基础。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，包括以下步骤；

(1)确定CO₂-凝析气体系基础参数；

(2)建立考虑界面相的超临界CO₂-凝析气体系的渗流模型；

(3)以长岩心实验为基础，建立三维长岩心数值模型，导入注入端CO₂注入量及生产端凝析油气产量数据、相渗曲线以及热力学参数，并通过实验拟合，计算获得注入CO₂的PV数与出口端生产凝析气的产量关系；

(4)在长岩心模型模拟的基础上，建立储层模型，计算获得每个网格块CO₂、凝析气及界面相饱和度和压力参数，作图可视化CO₂驱替凝析气过程中“界面相”的渗流过程。

2.根据权利要求1所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，在步骤(2)中，包括考虑气气界面的超临界CO₂-凝析气多相相平衡方程：

其中，为富CO₂气相与界面相之间的平衡常数，为凝析气与界面相之间的平衡常数，其计算方法为：

式中V₁、V₂分别代表平衡时富气相驱替介质、凝析气的摩尔分数；x_iv1、x_iv2和x_ib分别代表平衡时富CO₂气相、凝析气和界面相各相中的第i组分的摩尔组成；z_i代表油气体系中第i组分的总摩尔组成；分别代表平衡时富CO₂气相、凝析气相和界面相各相中的第i组分的逸度，应用校正后的状态方程EOS计算；假设初始值，应用QNSS对迭代求解未知量各相摩尔百分数V₁、V₂。

3.根据权利要求1所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，在步骤(2)中，包括动力学方程，所述动力学方程描述界面相与CO₂及凝析油气体系中凝析油组成的转化关系，二者之间的转换通过以下两个基本方程联立起来：

反应1：CO₂+凝析油→界面流体

反应速度x₁:x₁＝F₁×[CO₂]+F₂×[凝析油]

反应2：界面流体→CO₂+凝析油

反应速度x₂：x₂＝F₃×[凝析油]

其中：x₁、x₂为反应速度，F_i表示频率系数，[]中为摩尔分数；

计算中，将在存在界面相的温度压力条件下CO₂与凝析油气体系进行闪蒸计算，获得闪蒸计算后气相、凝析油的组成、分子量、压缩系数、临界压力及临界温度等热力学参数，并将其热力学性质根据摩尔百分数赋值给界面流体。

4.根据权利要求1所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，在步骤(2)中，包括“界面相”拟组分相对渗透率曲线的求取，如下：

以相渗实验为基础确定相对渗透率：根据界面相中气相与凝析油相的摩尔百分比确定界面相相对渗透率；

其中，K_rgb、K_rg及K_ro分别代表界面相、气相及凝析油相相对渗透率。

5.根据权利要求1所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，在步骤(2)中，包括超临界CO₂-凝析气多相渗流模型的建立：

烃组分方程表示为：

所述水流动方程表示为：

所述总烃方程表示为：

所述逸度方程表示为：

lnf_iv1＝lnf_ib i＝1,2,...,n_c

lnf_iv2＝lnf_ib i＝1,2,...,n_c

所述动力学方程表示为：

反应1：CO₂+凝析油→界面流体

反应速度x₁：x₁＝F₁×[CO₂]+F₂×[凝析油]

反应2：界面流体→CO₂+凝析油

反应速度x₂：x₂＝F₃×[凝析油]

动力学方程表示界面相主要为CO₂与凝析油气体系中受压力影响凝析出的凝析油组成；

所述体积约束方程表示为：

其中，T_v1、T_v2和T_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的传导率，变量m等于n或n+1，x_v1i、x_v2i和x_bi分别表示第i组分在富CO₂气相、凝析气相和界面相中的摩尔分数，Φ_v1、Φ_v2和Φ_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的压力势，V表示摩尔体积，N_i表示第i组分的摩尔数，N_v1、N_v2和N_b分别表示富CO₂气相、凝析气相和界面相的摩尔数，ρ表示摩尔密度，f_iv1、f_iv2和f_ib分别表示第i组分在富CO₂气相、凝析气相和界面相中的逸度，φ表示孔隙度，n_c表示组分的总数，w表示水相，o表示油相，g表示气相，b表示界面相，t表示总烃，q表示产量，n_c表示组分的总数。

6.根据权利要求5所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用自适应隐式的方式来对于所述超临界CO₂-凝析气多相渗流模型进行求解的过程包括：

将所述超临界CO₂-凝析气多相渗流模型中的方程进行差分化，将所得到的差分方程展开为迭代余量的形式，得到余项向量；

根据所述余项向量、雅克比矩阵，确定各个组分的含量。

7.根据权利要求6所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，所述余项向量包括：

R＝[R₁,R₂,...R_3nc+1]^-1

其中，

其中，R_z表示余项向量R中第z个元素。

8.根据权利要求7所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，根据如下表达式确定各个组分的含量：

Jδx＝-R

其中，J表示雅克比矩阵，p表示压力，N_i表示第i组分的摩尔数，N_iv表示气相中第i组分的摩尔数，N_w表示水相的摩尔数，i∈[1,n_c]，n_c表示组分的总数，R表示余项向量。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，根据富CO₂气相、凝析气相和界面相中的相对渗透率、黏度及体积系数，确定传导率。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的考虑界面相的超临界CO₂-凝析气多相渗流模拟方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述CO₂-凝析气体系基础参数包括：原始流体及CO₂-凝析气体系混合物组成；超临界CO₂-凝析气相平衡实验观测形成超临界CO₂-凝析气的界面的压力区间；CO₂-凝析气体系闪蒸、PV关系实验，获得泡点压力、密度及含油饱和度参数。